大气污染控制工程2010-第13讲+集气罩与管道系统的设计+-+副本.ppt

大气污染控制工程 第十三讲集气罩与废气净化系统设计 主要内容 净化系统的组成及系统设计的基本内容集气罩的集气机理集气罩的基本类型集气罩性能参数及计算集气罩设计的方法废气净化系统设计 集气罩与管道系统的设计 2 净化系统的组成及系统设计的基本内容 局部排气净化系统的组成 局部排气净化系统示意图1 集气罩 2 排风管 3 净化设备 4 风机 5 烟囱 3 1 集气罩 集气罩是用来捕集污染空气的 其性能对净化系统的技术经济指标有直接的影响 由于污染源设备结构和生产操作工艺的不同 集气罩的形式是多种多样的 2 风管 在净化系统中用以输送气流的管道称为风管 通过风管使系统的设备和部件连成一个整体 3 净化设备 为了防止大气污染 当排气中污染物含量超过排放标准时 必须采用净化设备进行处理 达到排放标准后 才能排人大气 4 通风机 通风机是系统中气体流动的动力 为了防止通风机的磨损和腐蚀 通常把风机设在净化装备的后面 5 烟囱 烟囱是净化系统的排气装置 由于净化后的烟气中仍含有一定量的污染物 这些污染物在大气中扩散 稀释 并最终沉降到地面 净化系统的组成及系统设计的基本内容 4 局部排气净化系统设计的基本内容 1 捕集装置设计 结构 安装 性能 2 净化系统的选择或设计 1 选择依据a 污染物的种类与性质 b 处理量 c 净化效率 d 净化系统的环境 经济及社会效益 2 一般程序a 工程调查 b 确定净化程度 5 局部排气净化系统设计的基本内容 c 选择合理的净化工艺 d 选择适当的净化装置 确定合理的净化系统配置 e 确定净化系统运行参数和技术经济指标 3 除尘系统与装置的选择 4 吸收系统与装置的选择 5 吸附系统与吸附装置的选择 6 净化装置的费用设备投资费 运行费用 总费用3 管道系统的设计4 排放烟囱设计 6 集气罩的集气机理 集气罩气流流动的基本理论集气罩汇集污染物 是一种流体动力学捕集 因此要对集气罩合理设计 必须要了解吸气罩罩口的气流流动规律 集气罩口气流流动方式有两种 一种是吸气口气流的吸人流动 一种是吹气口气流的吹出流动 7 图13 2点汇气流流动情况 1 外部吸气罩罩口气流流动规律a 速度分布 等速面的形式确定其分布规律将吸气口近似视为一个点汇 等速面是以该点为中心的球面 见图13 2a 假设点汇吸风量为Q 等速面的半径为r1 r2 相应气流速度为u1 u2 由于通过每个等速面的风量相等 则有Q 4 r12u1 4 r22u2 13 1 于是 u1 u2 r2 r1 2 13 2 表明吸气口外气流速度衰减很快 应尽量减少罩口至污染源的距离 集气罩的集气机理 吸入气流 8 2 罩口的设置位置对气流分布的影响如果吸气口设在墙上 如图13 2b所示 吸气范围减少一半 其等速面为半球面 则吸气口的吸气量为Q 2 r12u1 2 r22u2 13 3 比较式 13 1 13 3 可见 1 吸气速度相同时 同一距离上Q 悬空设置的吸气口 2Q 有一面阻挡的吸气口 2 吸风量相同时 同一距离上u 有一面阻挡的吸气口 2u 悬空设置的吸气口 3 吸风罩的形式对气流速度分布的影响有边的吸风口比无边的吸风口流速衰减慢 实际等速面为椭圆形 吸入气流 集气罩的集气机理 9 空气从管口喷出 在空间形成的一股气流称为空气射流 1 空气射流的一般特性 如图13一6所示 这是等温圆射流的示意图 管口速度假设是完全均匀的 M为射流极点 射流中保持原出口速度v 的部分称为射流核心 速度小于v 的部分称为射流主体 射流核心消失的断面BOE称为过渡断面 出口断面至过渡面称为起始段 过渡断面以后称为主体段 吹出气流 集气罩的集气机理 10 等温自由圆射流的一般特性为 射流边缘有卷吸周围空气的作用 这主要是由于紊流动量交换引起的 由于射流边缘的卷吸作用 射流断面不断扩大 射流量随射流长度增加而增大 射流核心段呈锥形不断缩小 核心段以后 射流速度逐渐下降 射流中的静压与周围静止空气的压强相同 射流各断面动量相等 吹出气流 集气罩的集气机理 11 等温圆射流和扁射流主体参数计算公式 集气罩的集气机理 12 吸入气流与吹出气流 1 吹出气流由于卷吸作用 沿射流方向流量不断增加 射流呈锥形 吸入气流的等速面为椭球面 通过各等速面的流量相等 并等于吸入口的流量 2 射流线上的速度基本上与射程成反比 而吸气区内气流速度与距吸气口的距离的平方成反比 所以 吸气口能量衰减很快 其作用范围较小 集气罩的集气机理 13 14 集气罩的集气机理 吹吸气流吹吸气流是两股气流组合而成的合成气流 在集气罩设计中 利用吹出气流与吸入气流联合作用来提高所需 控制风速 的形成 称为吹吸式集气罩 集气罩 是烟气净化系统污染源的收集装置 可将粉尘及气体污染源导入净化系统 同时防止其向生产车间及大气扩散 造成污染 形式 1 按罩口气流流动方式分为 吸气式和吹吸式 2 按集气罩与污染源的相对位置及适用范围 可将吸气式集气罩分为 密闭罩 排气柜 外部集气罩 接受式集气罩等 集气罩的基本类型 15 集气罩的基本类型 密闭罩定义 将污染源的局部或整体密闭起来 在罩内保持一定负压 可防止污染物的任意扩散 特点 所需排风量最小 控制效果最好 且不受室内气流干扰 设计中应优先选用 结构形式 局部密闭罩 整体密闭罩 大容积密闭罩1 局部密闭罩特点 体积小 材料消耗少 操作与检修方便 适用 产尘点固定 产尘气流速度较小且连续产尘的地点 16 17 2 整体密闭罩特点 容积大 密闭性好 适用 多点尘源 携气流速大或有振动的产尘设备 3 大容积密闭罩特点 容积大 可缓冲产尘气流 减少局部正压 设备检修可在罩内进行 适用 多点源 阵发性 气流速度大的设备和污染源 大容积密闭罩 半密闭罩 集气罩的基本类型 密闭罩 18 4 布置要求a 设置必要的观察窗 操作门和检修门 b 罩内应保持一定的均衡负压 避免烟尘逸出 c 尽量避开扬尘中心 防止大量物料随气流带至罩口被吸走 d 处理热物料时 应考虑热压对气流运动的影响 通常适当加大密闭罩容积 吸风点设于罩子顶部最高点 局部密闭罩 整体密闭罩 密闭罩 集气罩的基本类型 19 排气柜排气柜可使产生有害烟尘的操作在柜内进行 1 结构形式a 排气口在操作口对面操作口气流分布较均匀 有害气体外逸的可能性较小 b 排气口设在柜顶操作口上部形成较大进气流速 而下部进气流速较小 气柜内易形成涡流 可能造成有害气体外逸c 在对面和顶部同时设置排气口2 布置要求 尽量避开门窗和其它进风口 集气罩的基本类型 20 排气柜 集气罩的基本类型 21 外部吸 集 排 气罩 定义 通过罩的抽吸作用 在污染源附近把污染物全部吸收起来的集气罩 特点 结构简单 制造方便 但所需排风量较大 且易受室内横向气流的干扰 捕集效率较低 常见形式 顶吸罩 侧面吸罩 底吸罩 槽边吸气罩 外部吸气罩a 顶吸罩 b 底吸罩 c 侧吸罩 d 槽边集气罩 集气罩的基本类型 接受式排气罩 1 定义 接受由生产过程 如热过程 机械运动过程 产生或诱导出来的污染气流的一种排气罩 2 特点 罩口外的气流运动不是由于罩子的抽吸作用 而是由于生产本身过程产生 3 类型 a 低悬罩 罩口高度1 5A1 2 A 热设备的水平投影面积 接受式排气罩a 热源上部伞形接受罩 b 砂轮机接受罩 集气罩的基本类型 22 集气罩的基本类型 吹吸式排气罩及空气幕 1 吹吸式排气罩的工作原理当外部吸气罩与污染源的距离较大时 可以在外部吸气罩的对面设置一吹气口 从而形成一层空气幕阻止污染物的散逸 同时也诱导污染气流一起向排气罩流动 吹吸式排气罩的工作情况 槽子吹吸式排气罩 23 24 集气罩的基本类型 吹吸式排气罩及空气幕 2 特点 采用气幕抑制污染物扩散 具有气量小 抗干扰能力强 不影响工艺操作 效果好的特点 3 吹吸式排气罩的设计计算a 适用 在槽 台宽度较大 2m 的工作槽上 采用此类排气罩控制污染物的扩散 效果较佳 b 设计时注意事项 1 防止吹气射流产生弯曲 2 条缝口宽度速度 3 吹气罩排气量 4 吹气口高度 25 集气罩的基本类型 吹吸式排气罩及空气幕 4 气幕及其应用a 作用 可有效地抑制污染物扩散 b 应用 1 当接受罩悬挂较高时 用吹气射流阻挡横向气流 2 采用气幕控制破碎机料坑的扬尘 3 采用气幕控制整个车间的污染源 26 集气罩性能参数及计算 一 排风量的确定1 排风量的测定方法集气罩排风量Q m3 S 可以通过实测罩口的平均吸气速度 0 m S 和罩口面积A0 m2 确定 Q 0A0 m3 S 也可以通过实测连接罩口上的平均吸气速度 m S 气流动压Pd Pa 或静压PS Pa 及其管道断面积A m2 按下式确定 Q A A 2 Pd 1 2 m3 S Q A 2 PS 1 2 m3 S 式中 气体密度 kg m3 集气罩的流量系数 27 集气罩性能参数及计算 2 排风量的计算 1 控制速度法指在罩口前污染物扩散方向的任意点上均能使污染物吸入气流流入罩内并将其捕集所必须的最小吸气速度 28 2 流量比法把集气罩排风量Q3看作是污染气流量Q1和从罩口周围吸入室内空气量Q2之和 即Q3 Q1 Q2 Q1 1 Q2 Q1 Q1 1 K KV Q2 Q1 linitK 为流量比KV通过实验研究求出 与污染物发生量无关 只与污染源和集气罩的相对尺寸有关 2 排风量的计算 集气罩性能参数及计算 29 二 压力损失的确定由于集气罩罩口处于大气中 所以该处的全压等于零 因而集气罩的压力损失写为 P 0 P Pd Ps Ps Pd Pd Ps 1 2 1 1 1 2 流量系数 压力损失系数 集气罩性能参数及计算 30 集气罩的设计方法 原则 a 集气罩应尽可能将污染源包围起来 使污染物的扩散限制在最小的范围内 以便防止横向气流的干扰 减少排气量 b 集气罩的吸气方向尽可能与污染气流运动方向一致 充分利用污染气流的初始动能 c 在保证控制污染的条件下 尽量减少集气罩的开口面积 以减少排风量 d 集气罩的吸气气流不允许经过人的呼吸区再进入罩内 e 集气罩的结构不应妨碍人工操作和设备检修 废气净化系统的设计 废气净化系统的设计过程可分为 基础调查阶段技术设计阶段总结并提供成果阶段后助工作 31 废气净化系统的设计 32 1 基础调查在接受设计任务后 应首先编制设计工作计划 确定设计内容和技术要求 技术关键 进度安排 人员配备 要求工艺和土建等方面提供的资料 向工艺和其他工种提出的要求与提供的资料等 工艺调查污染源调查背景情况调查技术经济条件调查类比调查 废气净化系统的设计 33 2 技术设计在完成基础调查后 进行技术设计 根据工程的重要性 工程量的大小和复杂性 可采用二阶段 设计扩大初步设计和施工图 或三阶段设计 初步设计 技术设计和施工图 方式进行 设计工作主要包括 污染源控制方案的确定和污染物散发排放计算废气净化方案的选定 净化设备的选型 或设计 计算技术经济分析设备 管道布置和计算设计图绘制工程概 预 算及设计文件编制 废气净化系统的设计 34 1 污染源控制方案的确定设计工作的第一个重要环节 对污染控制系统的合理性 有效性和经济性起决定性作用 污染源控制方案的确定特别要注意与工艺密切配备 协同进行 才能选出最佳控制方案 对复杂的项目 要从工艺和污染控制两方面进行专题研究和设计 对有污染物散发的设备 要重点进行集气罩的设计和计算 最后要得出废气量 污染物和其他重要组分的含量 废气的温度和压强等参数 废气净化系统的设计 35 2 净化方案的选定应根据废气的流量 成分和性质 设备和原材料条件 综合治理 是否有可作吸收剂 吸附剂或反应物的废液 废渣等 和利用途径 拟订净化方案 并作技术 经济分析 如果采用新的净化方法和工艺 还需要进行必要的试验 废气净化系统的设计 36 3 设备选型或设计净化设备应根据废气的数量 成分 性质和净化设备的规格 性能选用 如果没有净化设备的产品或图纸可供采用 则需进行设计 通过设备选型 确定净化设备的型号 规格和数量 或通过设计 确定设备构造 尺寸 材料和加工工艺 这项工作的指导原则是 在最经济 合理的条件下 保证污染物排放量达到有关标准规定的要求 或保证污染物排放后其影响范围内的大气质量符合要求 因此 设计计算时要将净化设备和排放设备 烟囱或排气筒 联系起来进行 如果以大气质量作为设计考核标准 则需要进行污染物排放后的扩散计算 废气净化系统的设计 37 4 净化系统的设计和计算这一部分工作包括设备和管道布置 系统阻力计算 风机选用 排气筒 或烟囱 的计算或校核 辅助设施 如净化系统附属的供水 供气管道和设备 设计 在进行设备和管道布置时 要与工艺和其他工种 特别是土建 密切配合 互相协调 设计进行到此 就可以向其他工种提出技术要求和提供技术资料 废气净化系统的设计 38 向土建 建筑和结构 应提的要求和资料主要有 设备和管道的名称 位置 尺寸 重量 所需净空 支承件的位置 门和孔口的尺寸 位置和预埋件等 如果需要机房 则应提出机房位置 平面和剖面尺寸 起重设备的规格 安全要求 如防火 防爆 防腐蚀等 隔声要求等 向给排水和水污染控制方面应提的要求主要有 用水设备名称 数量 位置 供水的水质 水量和水压 排放废水的设备名称 数量 位置 废水的水质 水量和净化要求 如果回用 等 向电气方面应提的要求有 用电设备的名称 位置 供电电压 电流 同时运转情况 控制要求等 如果净化系统需要供应燃油 燃气 压缩空气等 应提出需要供应能源的设备名称 位置 所需能源的品种 规格 用量等 废气净化系统的设计 39 成果表达1 施工图绘制施工图是设计成果的主要表达形式 也是设备加工制作和施工安装的主要技术依据 因此 施工图必须具有完整性 正确性 并符合规范化的要求 一般情况下施工图包括 净化系统的平面和立面图 应充分表达系统中的设备和管道的位置 高度 外形尺寸和设备编号 在附表中应列出设备编号 型号 规格 数量 说明中应规定管道材料 制作要求 防腐和保温措施及系统施工安装的技术要求 废气净化系统的设计 40 净化系统的轴测图 对比较复杂的系统 需绘轴测图 反映设备和管道的空间相对位置和关系 图中需注明设备编号 与系统平面和立面图一致 管道直径 坡度 管段长度 横向直管起止点标高 管道部件编号 在附表中需列出部件编号 名称 型号 规格和数量 对大型管道系统应根据外形尺寸按比例绘双线轴测图 非标设备设计图 应包括装配图 零部件加工图和加工 装配等方面的技术要求 废气净化系统的设计 41 2 设计文件编制 设计说明书 主要包括设计任务的依据 设计内容和技术要求 设计标准 设计思想 方案探讨 设计工作程序 包括试验研究 施工和运转调试要求 运转管理建议等 设计计算书 主要包括基础资料和数据 注明来源 设计计算方法和程序 计算过程和结果 设计工作基本完成后 需按规定进行校对 审核 以保证设计质量 废气净化系统的设计 42 后期工作在完成设计后 为了保证顺利施工以至投入正常运转 还必须做好后期工作 后期工作主要包括 1 技术交底 施工前的技术交底是衔接设计和施工的重要环节 除需介绍工程的内容 规模和特点外 应重点交待指导思想 设计意图 技术关键 施工要求和预计的工程难点等 2 现场配合 施工过程中与施工单位密切联系 协商解决施工中出现的问题 并根据实际情况作必要的局部调整 3 运转调试 与施工单位 建设单位共同制订调试工作计划 对净化系统各部分进行检测 调试和全系统联动试车 4 竣工验收 参加工程竣工验收 按照设计任务书中的技术要求作全面检验 评价工程质量 对不符合要求部分与施工单位商定改进和弥补措施 废气净化系统的设计 43 净化过程的预处理和后处理1 废气的预处理当废气的成分 性质和状态不符合净化过程的要求 就要进行预处理 例如 袋式除尘器受到滤料耐热性能的限制 处理气体的温度不能太高 高温气体不利于吸收或吸附 这些情况下 如果废气温度太高 就要进行预冷却 又如 废气中含有颗粒物 粉尘 液滴 对吸收 吸附和催化转化均不利 如果废气含尘浓度过高 就要进行预除尘 燃烧和催化转化要在一定温度下进行 如果废气温度较低 应进行预热 预处理主要是冷却 或加热 除尘 除湿及去除不利于净化过程的组分等 废气净化系统的设计 44 2 污染物的后处理对净化设备捕集下来的污染物进行后处理 是净化过程的最后 也是十分重要的环节 如果处置不当 引起二次污染 以至前功尽弃 所以在选择废气治理方案时 不但要考虑净化方法和工艺 而且要考虑捕集下来的污染物的处理和处置 捕集下来的污染物 有灰渣 淤泥 清液等几种存在形式 污染物的处置方式有两种 合理利用和经无害化处理后抛弃 废气净化系统的设计 45 净化设备选型净化设备的选型是设计中的关键 必须根据排放要求 工艺条件 废气的性质 载气和污染物 净化设备的性能 经济条件和管理水平等因素 进行调查研究 综合分析 选用适当型号 规格的设备 基本的技术要求是 排气的性质与净化设备的性能相适应 废气流量与设备处理能力相配合 废气净化系统的设计 46 排气筒设计在适当的地点 时间 将一定数量的废气排放 利用污染物在大气中的扩散稀释 使污染物的浓度保持在大气质量标准容许的范围内 是一种有效而经济的大气污染控制措施 通常称为稀释法控制 稀释控制主要是通过设计合适的排气筒 或烟囱 使废气在一定高度以一定的速度和 温度排放来实现的 废气净化系统的设计 47 管道设计1管道的材料和构造输送废气的管道 常用材料有钢板 包括塑料复合钢板 混凝土 砖 要求防腐蚀的管道 可采用硬聚氯乙稀 聚丙烯或玻璃钢 玻璃纤维增加塑料 管材的选择主要根据被输送气体的物理 化学性质 并考虑技术经济条件等因素 输送废气的管道 大多数采用圆断面 在某些特定条件下可采用矩形或其他形状的断面 由于这类管道规格复杂 用量较少 相对于其他通用管道而言 所以目前很少有定 型产品 多数是根据设计要求预制或现场加工的 废气净化系统的设计 48 2管道系统的安排1 系统划分排气系统的划分 首先必须考虑排气的性质 例如 排高沸点液体的蒸气或水蒸气 不能与排粉尘合为同一系统 排可燃气体 粉尘或油雾 不能与排热烟气合为同一系统 其次要考虑同时运转的可能性 不同时使用的设备 分系统设置 可以保证运转的灵活性 减少能耗 废气净化系统的设计 49 2 管道布置管道布置合理与否 直接影响到系统建造和运转的经济性和可靠性 所以应根据现场情况 建筑物 其他设备或管线 工艺要求和输送气体的性质 确定管道走向和辅助部件位置 如阀门 阻火器 泄压口 检查口 清扫口 卸灰口 放液口 监测口 等 废气净化系统的设计 50 管道布置主要原则是 管道尽量顺直 不影响生产和交通 避免与建筑物 其他设备和管线发生矛盾 少占有效空间 并且要便于安装和维修 管道应避免断面和方向的突变 如突扩 突缩 急转弯 减少合流 气流的冲突 以降低气流压损 避免积尘或磨损 输送含尘气体的管道 应尽量避免横管 如果要进行水平方向较长距离的输送 可将管道布置成若干段倾斜管 与水平面的夹角要在45 60 或在横管上连续设排灰斗 输送含高凝结点蒸气 水蒸气或雾滴的废气 横管应保持不小于0 005的坡度 以便排液 排液方向最好与气流方向一致 并在容易积液的地方 如管道末端 弯头等 设放液口 管道沿建筑物设置 或与其他管线平行设置 应保持必要的安装 检修距离 及有关规范规定的距离 废气净化系统的设计 51 3 附件设置 在需